KR102331716B1 - 제강용 무수 염기성 보수재 - Google Patents

Abstract

제강용 무수 염기성 보수재가 제공된다.
본 발명의 제강용 무수 염기성 보수재는, 염기성 내화골재 100중량부에 대하여, 무기물 결합제로서 메타규산소다 수화물(Sodium metasilicate hydrate, 2Na₂O.SiO₂.xH₂O, x는 5∼12의 정수): 2~6 중량부; 탄산계 원료: 2~10 중량부; 무기 및 유기 섬유 중 1종 이상: 0.1~0.3 중량부를 포함한다.

Description

제강용 무수 염기성 보수재{Basic repair material for not using water in steel making}

본 발명은 제강 조업 중에서 연속주조 작업을 실행하고 있는 설비인 턴디쉬 보수재에 관한 것이다.

턴디쉬는 전로에서 출강된 용강을 티밍래들에서 수강하여 Gas 교반 및 온도조정을 거쳐서 연주주상으로 이동시키고 티밍래들로부터 용강을 받아 Mould에 주입시키는 역할을 하는 주조설비이다. 턴디쉬 내장재에 사용되는 캐스타블 내화물은 일반적으로 알루미나-실리카 재질이 주류를 이루고 있으며, 내장재 보호 및 단열성 확보를 위하여 MgO질의 보수재가 적용되고 있다. 일반적으로 사용되는 Spray 방법은 시공시 물을 첨가하여 사용하게 되므로 장시간의 건조시간을 필요로 하고 승온작업중 수분의 휘발에 의한 폭열 및 박리의 문제가 발생되고 있다.

이를 해결하기 위하여, 물을 사용하지 않는 무수형 염기성 보수재의 개발이 진행되어 왔으며 이를 적용할 경우 내부의 수분량이 극도로 제한하기 때문에 건조작업이 없이 바로 승온작업을 가능하게 된다. 이 무수형 염기성 보수재는 시공을 위하여 금속형틀을 사용하여 내장재와 형틀사이에 분말형태로 보수재를 투입한 다음 적당한 강도를 확보하기 위해서 형틀을 150~250℃ 정도로 열풍을 통해서 가열하게 된다. 그 후 형틀을 제거하고 연주조업을 위해서 승온 및 조업을 하게 된다. 이럴 경우 형틀이 제거된후 충분한 강도를 확보하는 것이 중요하고, 승온 도중 폭열이나 무너짐이 발생하지 않아야 한다.

기존의 제품의 경우 무수형 염기성 보수재의 강도를 확보하기 위해서 페놀수지를 사용하기도 하였으나, 이럴 경우 암모니아와 같은 인체에 유해한 가스와 악취가 발생되어 작업환경이 오염된다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해 친환경의 무수형 염기성 보수재가 개발되어 적용되고 있으며, 무기질 결합제를 사용하는 특성을 가지고 있다. 이러한 경우에 수분을 포함하고 있는 무기질 결합제의 특성에 의해서 과다 적용시 폭열이 발생되고 소량 적용시 강도가 저하되는 문제점을 가지고 있다.

본 발병은 기존의 제품을 적용하는 무기질 결합제와 함께 탄산계 원료를 적합한 비율로 적용하고 무기/유기 화이버를 적용함으로써 열풍 건조시에 강도를 확보하고 승온중 발생되는 폭열과 팽창으로 인한 제품의 변형을 방지하는 턴디쉬용 보수재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들에 한정되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

염기성 내화골재 100중량부에 대하여, 무기물 결합제로서 메타규산소다 수화물(Sodium metasilicate hydrate, 2Na₂O.SiO₂.xH₂O, x는 5∼12의 정수): 2~6 중량부; 탄산계 원료: 2~10 중량부; 무기 및 유기 섬유 중 1종 이상: 0.1~0.3 중량부를 포함하는 제강용 무수 염기성 보수재에 관한 것이다.

본 발명에서 상기 염기성 내화골재는 천연광물을 이용한 소결 및 전융 마그네시아 클링커 포함할 수 있다.

상기 메타규산소다 수화물은 메타규산소다 9수화물 또는 메타규산소다 5수화물일 수 있다.

상기 탄산계 원료는 마그네사이트(MgCO₃) 및 백운석(MgCO₃·CaCO₃) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.

상기 무기물 결합제와 탄산계 원료의 함량비율은 1: 0.5~3 인 것이 바람직하다.

상기 무기 섬유는 규산염을 성분으로 하는 섬유이고, 상기 유기 섬유는 폴리비닐알코올계 합성섬유일 수가 있다.

상기 염기성 내화골재와 탄산계 원료의 평균 입경이 5mm 이하일 수 있다.

상술한 바와 같은 구성의 본 발명은, 물을 사용하지 않고 시공하는 무수 염기성 보수재에 적절한 무기물 결합제와 탄산계 원료 및 화이버를 적용하여 기존대비 우수한 강도를 가지면서도 열적으로 뛰어난 안정성을 가지고 있는 무수 염기성 보수재를 효과적으으로 제공함에 유용한 효과가 있다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명의 무수 염기성 보수재는 제강공정 중에서도 턴디쉬라는 특정한 공정에 적용을 목표로 하고 있으며, 기존 턴디쉬 보수재가 가져야 하는 설비적, 재질적 특성을 가지고 있어야 한다.

이러한 본 발명의 제강용 무수 염기성 보수재는, 염기성 내화골재 100중량부에 대하여, 무기물 결합제로서 메타규산소다 수화물(Sodium metasilicate hydrate, 2Na₂O.SiO₂.xH₂O, x는 5∼12의 정수): 2~6 중량부; 탄산계 원료: 2~10 중량부; 무기 및 유기 섬유 중 1종 이상: 0.1~0.3 중량부를 포함한다.

이하, 본 발명의 제강용 무수 염기성 보수재의 함량 및 그 함량 제한사유를 구체적으로 설명한다.

·염기성 내화골재

본 발명에서는 상기 염기성 내화골재로서 마그네시아 클링커가 주 원료로 이용한다. 마그네시아 클링커는 주로 천연 마그네사이트를 1500℃ 이상 구워 만든 덩어리로 산화마그네슘을 주성분으로 하며 염기성 슬래그에 잘 견디는 특성이 있다. 마그네시아 클링커는 고온에서 소결한 소결 클링커와 전기 용융한 전융 클링커가 있으며 본 발명에서는 소결 클링커와 전융 클링커 모두 적용이 가능하다.

염기성 내화골재는 시공시 직접 투입 형태로 적용되는 것을 고려하여 입경이 5mm이하가 되는 것이 바람직하다.

·무기질 결합제

상기 분말상 무기질 결합제는 메타규산소다 수화물 (Sodium metasilicate hydrate, 2Na₂O.SiO₂.xH₂O, x는 5∼12의 정수)으로 일반적인 판매용으로 구입 가능한 것을 사용할 수 있다. 상기 메타규산소다 수화물의 경우 100℃이하에서 포함하고 있는 수화물이 탈수되고 남아있는 메타규산소다가 강한 무기 결합을 형성하는 특성을 가지고 있다.

본 발명에서는 무기질 결합제로서 메타규산소다 수화물은 상기 염기성 내화골재 100중량부에 대하여, 2~6 중량부 범위로 첨가함이 바람직하다. 만일 그 첨가량이 2중량부 미만이면 강도가 부족하여 취급하기 어려우며, 6중량부를 초과하면 과도한 수분의 첨가로 인해 승 온중 폭열 문제가 발생할 수 있다.

본 발명에서는 상기 메타규산소다 수화물은 메타규산소다 9수화물 또는 메타규산소다 5수화물인 것이 바람직하다.

상기 메타규산소다 수화물을 이용하여 강도를 부여하기 위해서는 상대적으로 많은 량을 사용해야 되며, 이럴 경우 수화물에 포함되어 있는 수분량은 급격하게 증가하게 된다(5수화물 45%, 9 수화물 65%내외). 이럴 경우 조업을 위해서 승온하는 작업을 하게 될 경우 탈수된 수분이 급격하게 수증기화 되면서 폭열과 같은 문제의 원인이 될 수 있으므로, 이를 방지하기 위해서는 사용량을 최소화시키는 것이 중요하다.

따라서 본 발명에서는 상기 메타규산소다의 사용량을 감소시키면서도 무기결합을 형성시키는 방법으로 후술하는 탄산계 원료를 적용함을 특징으로 한다.

·탄산계 원료

본 발명에서는 상기 탄산계 원료로서 마그네사이트(MgCO₃)및 백운석(MgCO₃·CaCO₃) 중 1종 이상을 사용할 수 있으며, 이들 탄산계 원료는 수분을 흡수하여 Mg(HCO₃)₂와 같은 중탄산계 원료를 형성하게 된다.

본 발명에서는 상기 주원료인 염기성 내화골재 100중량부에 대하여, 상기 탄산계 원료를 2~10 중량부 범위로 첨가함이 바람직하다. 만일 그 첨가량이 2 중량부 미만이면 강도발생 효과가 미약하며, 10 중량부를 초과하면 승온도중 CO2 성분의 휘발로 인해 조직이 약해져 제강 조업중 과침식의 문제가 발생할 수 있다.

상기 중탄산계 원료는 메타규산소다 수화물과 마찬가지로 열에 의해 탈수현상이 발생하게 되면 주변의 메타규산소다 및 중탄산계 원료와 결합체를 형성하여 강도를 형성하는 특성을 가지게 된다. 이에 따라 메타규산소다 수화물의 함량을 감소시키면서도 강도를 발생하는 역할을 가지게 된다.

그러나 실제적으로 발생되는 중탄산계 원료는 탄산계 원료중 일부만 참여하므로 그 사용량은 다소 증가된다. 또한 탄산계 원료들은 600℃이상의 고온에서 이산화탄소를 발생시키면서 기공을 많이 발생시키는 역할을 하게 되며, 이는 제품이 고온에서 급격하게 팽창하는 경우 제품의 형상을 유지시키는 역할을 가능하게 된다. 그러나 탄산계 원료를 과도하게 사용하게 되면 제품 자체의 기공율을 과도하게 만들게 되어 쇳물에 의한 침식을 증가시키게 되므로 사용량의 한계를 가지고 있다. 그러므로 탄산계 원료는 적용되는 메타규산소다 함수물과 적정한 비를 유지하는 것이 중요하다. 바람직하게는, 상기 무기물 결합제와 탄산계 원료의 함량비율은 1 : 0.5~3 로 제어하는 것이다.

또한 상기 염기성 내화골재와 마찬가지로 시공시 직접 투입 형태로 적용되는 것을 고려하여 그 평균 입경이 5mm이하로 하는 것이 바람직하다.

·무기 및 유기 섬유

한편 메타규산소다 수화물과 같은 수분을 포함한 첨가제를 사용하게 되는 경우 필연적으로 수분을 발생시키게 되고, 이 수분은 200℃이하에서 완전 탈수되어 수증기화 되고 한꺼번에 발생된 수증기는 급격하게 팽창되어 폭발이 발생되는 폭열이 발생하게 된다. 이를 방지하게 위해서는 수증기가 빠져 나갈수 있는 통로를 형성시켜야 하며, 이를 위해서 본 발명의 보수재는 무기 및 유기 섬유 중 1종 이상을 포함한다. 이 섬유는 침상형태를 가지고 있는 내부에 있는 수증기를 표면으로 이동시켜 급격한 온도 상승에도 폭발을 방지시키는 역할을 하게 된다.

본 발명에서는 상기 염기성 내화골재 100 중량부에 대하여, 무기 및 유기 섬유 중 1종 이상을 0.1~0.3 중량부 범위로 첨가함이 바람직하다. 만일 그 첨가량이 0.1 중량부 미만이면 폭열을 방지시키는 효과가 부족하고, 0.3 중량부를 초과하면 제조시 분산이 잘되지 않고 섬유끼리 덩어리가 발생하는 문제가 있다.

본 발명에서는 상기 무기 섬유의 경우, 천연광물에서 Glass Roving을 통하여 길게 연장시켜 일정한 크기로 자른 규산염을 성분으로 하는 섬유를 이용할 수 있으며, 유기 섬유는 석유제품에서 생산되는 폴리비닐알코올계 합성섬유를 이용할 수 있으며, 이들의 단독 또는 복합 사용이 가능하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

(실시예)

하기 표 1과 같은 조성성분을 갖는 무수 염기성 보수재를 각각 마련하였다.

하기 표 1에서 주원료인 염기성 내화골재는 천연의 마그네사이트를 사용하여 제조한 산화마그네슘 90중량%, 기타 불순물이 10중량%인 소결 마그네시아를 사용하였다.

그리고 무기질 결합제의 경우 상기 염기성 내화골재 100중량부에 대하여, 2~6 중량부 범위로 첨가하였으며, 본 실험의 경우에는 메타규산소다 9수화물(Na₂SiO₃·9H₂O)을 적용하였다. 그리고 탄산계 원료로는 마그네사이트(MgCO₃)를 10 중량부 이하의 범위로 적용하였다.

또한 무기 섬유의 경우 천연광물에서 Glass Roving을 통하여 길게 연장시켜 일정한 크기로 자른 무기질 제품(주성분 SiO₂)을 0.2 중량부 이하의 범위로 적용하였다.

이어, 하기 표 1과 같이 배합된 각각의 무수 염기성 보수재를 제품의 적정한 강도를 나타낼 수 있도록 200℃에서 3시간을 유지한 다음, 상온에서 압축강도를 측정하였다. 압축강도가 높을수록 우수한 품질 나타낸다.

또한 급승온에 의한 폭열현상을 확인하기 위해서 샘플의 크기를 높이 100mm × 100mm × 100mm의 정육면체 형틀에서 200℃에서 3시간을 유지시켜 강도를 확보한후, 800℃의 전기로에 직접 투입하여 샘플에서 발생된 수증기에 의한 폭열 특성을 확인하였다. 이 경우 폭열이 발생하지 않는 샘플이 우수한 품질로 평가되었다.

구분	비교예						발명예
	1	2	3	4	5	6	1	2	3	4	5
마그네시아 클링커	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100
무기질 결합제	3	4	5	5	5	6	2	3	4	4	5
탄산계 원료					1		2	7	2	8	10
무기/유기 화이버				0.2			0.1	0.1	0.1	0.1	0.2
압축강도지수(200℃)	100	112	126	123	128	135	131	165	145	162	182
폭열	Ⅹ	발생	발생	Ⅹ	발생	발생	Ⅹ	Ⅹ	Ⅹ	Ⅹ	Ⅹ

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 무수 염기성 보수재에 있어서, 염기성 내화골재에, 무기질 결합제와 적정량의 탄산계 원료 등이 첨가된 본 발명예 1-5가 그렇지 않은 비교예 1-6 대비 제조된 보수재의 압촉강도 및 폭열특성이 우수함을 알 수 있다. 특히, 본 발명예 1-5에서는 무기질 결합제에 탄산계 원료를 1 ~ 0.5~3의 범위로 적정하게 혼합할 경우 강도 향상 등에 보다 효과가 있음을 확인할 수 있다. 또한 무기 섬유를 적용할 경우, 무기질 결합제의 함량이 4 중량부 이상일 경우에도 폭열발생 없이 안정한 품질을 나타냄을 확인할 수 있다.

한편 비교예 1-6에 나타난 바와 같이, 무기질 결합제의 첨가량이 증가함에 따라 압축강도가 증가되는 결과를 나타내나, 4 중량부 이상의 무기질 결합제를 적용할 경우 그 속에 포함되어 있는 수분의 증발에 의해 폭열이 발생되는 것을 알 수 있다. 그리고 탄산계 원료를 일부 적용함에 따라 일부 효과가 있으나 그 효과가 크기 않고 폭열이 발생함을 확인할 수 있다.

또한 무기질 결합제의 함량이 낮은 3 중량부의 경우와 무기 섬유를 적용한 경우에는 폭열이 발생하지 않았지만 압축강도가 좋지 않음을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (7)

1. 염기성 내화골재 100중량부에 대하여, 무기물 결합제로서 메타규산소다 수화물(Sodium metasilicate hydrate, 2Na₂O.SiO₂.xH₂O, x는 5∼12의 정수): 2~6 중량부; 탄산계 원료: 2~10 중량부; 무기 및 유기 섬유 중 1종 이상: 0.1~0.3 중량부를 포함하고, 상기 무기물 결합제와 탄산계 원료의 함량비율이 1: 0.5~3을 만족하는 제강용 무수 염기성 보수재.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 염기성 내화골재는 천연광물을 이용한 소결 및 전융 마그네시아 클링커 포함하는 것을 특징으로 하는 제강용 무수 염기성 보수재.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 메타규산소다 수화물은 메타규산소다 9수화물 또는 메타규산소다 5수화물인 것을 특징으로 하는 제강용 무수 염기성 보수재.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 탄산계 원료는 마그네사이트(MgCO₃) 및 백운석(MgCO₃·CaCO₃) 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 제강용 무수 염기성 보수재.
   
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서, 상기 무기 섬유는 규산염을 성분으로 하는 섬유이고, 상기 유기 섬유는 폴리비닐알코올계 합성섬유인 것을 특징으로 하는 제강용 무수 염기성 보수재
   
7. 제 1항에 있어서, 상기 염기성 내화골재와 탄산계 원료의 평균 입경이 5mm 이하인 것을 특징으로 하는 제강용 무수 염기성 보수재.